用于触发随机事件的装置和方法 本发明涉及一个用于触发随机事件的装置和方法。本发明尤其但不唯一地涉及一个用于触发随机获胜事件的装置和方法，它适用于用放射性随机脉冲生成器的Pachinko游戏机。
在Pachinko游戏机中放射性随机脉冲生成器(PRG)的使用早已在日本专利申请JP6-154411中描述过。PRG的目的是当滚珠轴承进入Pachinko机的金属“喇叭口”时，随机地触发一个获胜事件。按照JP6-154411,Pachinko机在滚珠进入机内的金属喇叭口时测量PRG在1秒时间的输出。当PRG的输出等于在制造工厂已预先编制在机内的“数字”时，游戏者就获胜。
在制造工厂中，获胜的概率被制造者固定下来以遵守营业厅和警方同意的指标。“大获全胜”的可能性通常被设置为大约1/220。PRG地输出完全是随机的且不可预测的，但平均来说有两个可能的输出在每220次测量中发生一次。PRG的平均输出是通过在工厂中长时间地计数PRG的输出而测量到的。泊松或高斯概率理论被用来计算在很多可能的输出中哪一个具有1/220的发生概率。这个输出是一个“数字”，它被编制在Pachinko机中用于触发随机获胜事件。
虽然这是一个以预置概率触发随机获胜事件的精巧方法，但是这个方法在实用中有一些困难。为了在+/-5％的容许范围内把获胜概率设置到1/220，有必要对PRG的平均输出使用更为精确的测量。这里需要的精确度大约是平均值的0.1％-0.3％。对于每个PRG，这需要几个小时的长时间测量。这是一个主要的缺陷，到目前为止，本发明对JP6-154411提供了一个在测量时间上的改进，同时还考虑了平均值的测量精度。
在JP6-154411中所描述的PRG的放射量约为～1μCi。这引起了对PRG中的放射性剂量在规范性和安全性方面的考虑。本发明在这方面提供了重要的改进，即放射量可以减少至少100倍，至多100,000倍。较低的放射量减少了放射的危害，防止了灵敏探测器的老化，因此有助于在长时间操作中提高性能和稳定性。由于各种规范上，安全性和操作上的原因，非常需要使驱动PRG的放射性剂量达到最小。放射性剂量最好远小于0.1μCi。如果用在JP6-154411中所描述的装置，这是不可能的。
而且使用本发明，在制造工厂中选择和设定期望的获胜概率是非常容易的。获胜概率可能在大约1/5到1/1000的范围内，用于游戏这是很理想的。如果用JP6-154411中所描述的方法，在这么宽的范围上设定可变的获胜概率是不可能的。
本发明提供了一种触发随机事件的方法，包括在许多场合检测各个放射性衰变事件，在预定的时间周期内计数被检测到的事件的数目，并存储被计数事件的数目；比较所存储事件的数目；并根据所存储的事件数目是否至少有两个相等来触发随机事件。
在一个实施方案中，计数器只判定是否该衰变事件的数目为非零，根据所存储的事件数目以及事件的一个或多个新数目都非零，该随机事件被触发。
另一方面，本发明提供了一个用于触发随机事件的装置，包括至少一个辐射检测器，一个用于在预定的时间间隔内计数检测到的放射性衰变的数目的计数器，用于比较至少两个已检测到的衰变事件的数目的比较器装置，以及一个用于当衰变事件的至少两个数目相等时触发随机事件的事件触发器。
在一个优选实施方案中，该装置还包括至少一个辐射源。
第三个方面，本发明提供一个随机获胜事件生成器，适用于在包括上述装置的Pachinko游戏机中使用。
在本发明中，该装置的放射量可以低于～5nCi，这低于国际上所接受的污染和泄漏检测的限制，该限制用于密封的辐射源的销售和使用。而且，与JP6-154411中所描述的RPG相比，按照本发明，该装置的放射量根据如何对Pachinko机编程，可以以介于大约100与100,000倍之间被削减。本发明中很低的放射性可以减少辐射的衰减率以及包含在RPG中的PIN二极管检测器在长时间使用过程中的漂移。很低的放射性还使得像RPG这样的装置在制造和设计上有其他的可能。尤其，从标准化的镅241的分解反应中，电沉积和直接配制放射源都是可能的。这些方法提供了潜在的制造优势。
另外，当本发明的装置和方法以RPG的形式被用于Pachinko游戏机时，为了计算和编制一个“固定数目”，而需要的测量各个RPG的输出的精度也降低了。本发明中，容许在RPG的输出上有大的偏差。例如，根据所采取的测量的具体方式，在RPG的平均输出中～9％的不确定性可对获胜概率产生少至～5％的不确定性的影响。在本发明中，甚至在最差的情况下，产生的偏差也比上述情况的四分之一还小。
本发明的一个主要优点是，在设备输出上所能容许的较大的许可偏差，使得所有装置都能在设置同样的固定数目的情况下被生产，而在JP6-154411中所描述的RPG则尤其有一个单一的“固定数目”，这个“固定数目”是通过精确测量每个RPG的平均输出而计算出来的。按照本发明，在另一方面，对于优选的实施方案的情况，只须确保制造过程能够达到一个+/-9％整批许可偏差。这避免了测量各个装置的输出或计算任何特殊的“固定数目”的要求。
尽管在后面的例子中，1/220作为一个期望概率被给出，但应当理解通过对测量时间间隔以及测量重复次数的适当选择，任意期望概率都可达到。而且，按照本发明，用于触发随机事件的装置可以按这样的方式来设定，即当期望概率输入时，该装置自动确定适当的测量参数。
现在将通过举例的方式，参照本发明所基于的概率理论的下列解释以及详尽的例子，来描述本发明的实施方案。
以～1/220的概率触发一次获胜的方法可以用类比的方式来描述，它类似于连续4次掷一个骰子，当连续4个相等的数字序列发生时，触发一次获胜。
掷出一个指定数目的概率是1/6。连续4次掷出这个数目的概率是(1/6)4。连续4次掷出任意非特定数目的概率是对所有可能数目概率之和：(Ptool)=Σn=0n=6(Pn)4=(1/6)4×6=1/216]]>
对于一个RPG的情况，计数连续相等的RPG输出的概率依赖于平均输出和测量重复次数。这可用泊松概率分布函数来计算，泊松分布以一种与上述掷骰子相似的方式应用于放射衰减。理论：
RPG发射一个由m个脉冲组成的输出的概率由泊松分布函数定义。
1) MPm=Mm.e-M/m!
其中：*(m)是所放射脉冲的个数。
*(M)是平均脉冲率。
*(MPm)是概率。
连续n次测量m个脉冲组成的输出的概率为：3) (MPm)n=(Mm.e-M/m!)n
(这类似于连续n次掷出一个特定数字)
连续n次测量所有以m个脉冲组成的非特定值的联合概率是对
于所有由m个脉冲组成的可能值的所有各个概率的和。这由下式给出：4)Σm=0m=m(MPm)n=Σm=0m=m[Mm.e-M/m!]n]]>
(这类似于连续n次掷出任意非特定数字)
通过举例，对于每个测量间隔内平均输出为1.683个脉冲的情况，从一个RPG中连续测量到5个相等数字的概率为：5)Σm=0m=m(1.683Pm)5=(e-1.683)5.Σm=0m=m[1.683m/m!]5]]>=e-8.415.[1+(1.683/1!)5+(1.6832/2!)5+(1.6833/3!)5+(1.6834/4!)5+.]=2.215×10-4.[1+13.50+5.697+0.317+0.004+……]=4.545×103=1/220例1
对于每个测量间隔内平均输出为1.683个脉冲的RPG情况，将通过举例来描述。
如上所述，要求有5个连续相等的数来以概率1/220触发一个获胜RPG事件。所以这个RPG可以以大约5*～0.2秒的测量时间来测量，因而全部测量时间大约为～1秒。这样一个RPG的平均计数率大约为每秒～5×1.683=～8.41个脉冲。假设检测效率为大约～40％，这样一个RPG的放射量为0.57nCi。(每秒37次衰变=1nCi)
具有一个平均输出为大约每秒～8.41个脉冲的～0.57nCi的RPG安装在Pachinko机上。这样安排是为了当滚珠轴承进入游戏机内部一个特殊的“喇叭口”时，执行5×0.2秒时间的测量。当这个测量完成后，5个测量到的输出都被送入Pachinko机的控制芯片中存储在寄存器中，该Pachinko机是被安排为当所有的5个输出都相互相等时，就触发一个获胜事件。
RPG的制造使得在平均输出上的许可偏差在某种公认的限制内。例如，如果要求获胜概率在1/220的+/-5％的范围内，RPG的制造则必须具有+/-5％的输出许可偏差。
上面的例子又是多个可能性中的一个。有多个特定的RPG输出，对于这些输出，2,3,4,5,6…等次重复测量都能得到1/220的获胜概率。这些已被计算出来并被在表1中以黑体字高亮度显示出来。另外，其他几个概率也被计算出来用比较。
最佳的RPG输出和最佳的重复测量次数是一个折中，折中的双方分别是出于制度和环境因素使放射量最小和因为RPG输出的制造许可偏差中的不确定性，使获胜概率的不确定性最小。
如果需要最大范围的可能制造许可偏差，最佳的情况是，当连续3个相等的数出现时，一个获胜事件被触发。这需要利用一个具有每秒61个脉冲的平均输出的RPG，假设检测效率为40％，它含有大约4.12nCi。在这种情况下，一个给定的平均不确定性(比如说+/-5％)，导致在获胜概率上同样的不确定性(即+/-5％)。
表1
用泊松分布函数计算出的概率平均RPG输出(M)∑(Mpm)2连续2次的概率∑(MPm)3连续3次的概率∑(Mpm)4连续4次的概率∑(Mpm)5连续5次的概率∑(Mpm)6连续6次的概率 1.00 1/2.72 1/9.43 1/26.46 1/73 1/200 1.033 1/220 1.05 1/229 1.10 1/260 1.50 1/4.26 1/15 1/51 1/173 1.65 1/211 1.683 1/220 1.70 1/225 2.00 1/4.8 1/20 1/69 1/319 3.00 1/6.1 1/32 1/155 3.60 1/206 3.70 1/215 3.725 1/220 3.75 1/225 4.00 1/7.03 1/43 1/242 6.00 1/8.59 1/64 1/451 10.00 1/108 20.00 1/216 20.37 1/220
对从表1中得到的结果与结论总结如下：*一个带有平均输出为每个测量间隔有1.033+/-～3％次计数的RPG，测量到连续6个相等计数的概率大约是～1/220+/-～10％。*一个带有平均输出为每个测量间隔有1.683+/-～3％次计数的RPG，测量到连续5个相等计数的概率大约是～1/220+/-～6％。*一个带有平均输出为每个测量间隔有3.725+/-～3％次计数的RPG，测量到连续4个相等计数的概率大约是～1/220+/-～6％。*一个带有平均输出为每个测量间隔有20.37+/-～3％次计数的RPG，测量到连续3个相等计数的概率大约是～1/220+/-～3％。
3次重复的概率(P)和平均值(M)之间的一个简单的经验关系近似为：6) P=∑(MPm)3- 1/10.8M(对于M＞-3)例2
对于每个测量间隔内平均输出为33个脉冲的情况，将通过举例来描述。
连续2次测量到33个脉冲的概率由下式给定：
(MPm)n=(Mm.e-M/m!)n=(3333.e.-33/33!)2=1/208
任何在31.23和34.83之间的平均RPG输出具有一个在1/230和1/208之间的连续2次33个脉冲的概率。例如
(MPm)n=(Mm.e-M/m!)n=(31.2333.e-31.23/33!)2=1/230
因此平均输出为33(+/-1.77)的RPG对于连续2次测量到33具有介于1/208和1/230之间的概率。
因此这个RPG可以以大约2×～0.5秒的测试时间被测量，所以总的测量时间大约为～1秒。这样的一个RPG的平均计数率大约是每秒～2×33=～66个脉冲。假设检测效率为大约～40％，这样一个RPG的放射量为4.46nCi。(每秒37次衰变=1nCi)
具有一个平均输出为大约每秒～66个脉冲的～4.46nCi的RPG安装在Pachinko机上。这样安排是为了当游戏机内部滚珠轴承进入一个特殊的“喇叭口”时，执行2×0.5秒时间的测量。当这个测量完成后，2个测量到的输出都被送入Pachinko机的控制芯片中存储在寄存器中，该Pachinko机是被安排为当所有的2个输出都等于33时，就触发一个获胜事件，33这个数是在制造工厂中就被编制在机器中的。
RPG的制造使得在平均输出上的许可偏差在某种公认的限制内。例如，如果要求获胜概率在1/220的+/-5％的范围内，RPG的制造则必须具有33+/-5.45％的输出许可偏差。
表2展示了可能的RPG输出的另外一些例子，对于这些输出，2、3、4、5、6…等次重复测量都能得到1/220的获胜概率。这些都以黑体字用高亮度显示。
最佳的RPG输出和最佳的重复测量次数依赖于许多因素。如果在最大范围需要可能的制造许可偏差，一个具有以每测量间隔31.33-34.83个脉冲为平均值的RPG是最佳的情况。
如果低放射性是最重要的约束，那么一个具有以每测量间隔1.575-1.674个脉冲为平均输出的RPG将会被使用。这样就需要4×0.25秒的重复测量来以一个1/220-1/230的概率触发一个获胜事件。假设检测效率为大约40％，这样一个RPG的放射量为～0.44nCi。
表2
用泊松分布函数计算出的概率平均 固值 定数(M) (m)(Mpm)2连续n次，2×m的概率(Mpm)3连续n次，3×m的概率(MPm)4连续n次，4×m的概率(Mpm)5连续n次，5×m的概率 1.412 1 1.451 1 1.479 1 1.575 2 1.620 2 1.674 2 5.68 5 5.80 5 5.90 5 31.23 33 31.66 33 33.00 33 34.35 33 34.83 33 35.55 34 34.92 34 34.00 34 33.08 34 32.49 34 36.20 35 35.00 35 33.83 35 1/210 1/220 1/230 1/230 1/220 1/210 1/210 1/220 1/230 1/230 1/220 1/208 1/220 1/230 1/230 1/220 1/215 1/220 1/230 1/230 1/221 1/230
例3
对于每个测量间隔内平均输出为8.475个脉冲的情况，将通过举例来描述。
连续3次测量到8个脉冲，或连续3次测量到9个脉冲的概率由下式给定：
(MPa)3+(MPs)3=(M8.e-M/8!)3+(M3.e-M/9!)3
对于M=8.475…=(8.4758.e-8.475/8!)3+(8.4759.e-8.475/9!)3
正如从表3中看到的一样，任何在7.70和9.25之间的平均RPG输出都具有一个在连续3次测量到8个或9个脉冲时，介于1/230和1/210之间的概率。例如
因此这个RPG可以以大约3×～0.333秒的测试时间被测量，所以总的测量时间大约为～1秒。这样的一个RPG的平均计数率大约是每秒～3×8.475=～25.4个脉冲。假设检测效率为大约～40％，这样一个RPG的放射量为1.72nCi。(每秒37次衰变=1nCi)
具有一个平均输出为大约每秒～25.4个脉冲的～1.72nCi的RPG安装在Pachinko机上。这样安排是为了当游戏机内部滚珠轴承进入一个特殊的“喇叭口”时，执行3×0.333秒时间的测量。当这个测量完成后，3个测量到的输出都被送入Pachinko机的控制芯片中存储在寄存器中，该Pachinko机是被安排为当所有的3个输出都等于或者是数8或者是数9时，就触发一个获胜事件。8或9是在制造工厂中就被编制在机器中的。
RPG的制造使得在平均输出上的许可偏差在某种公认的限制内。例如，如果要求获胜概率在1/220的+/-5％的范围内，RPG的制造则必须具有+/-9.16％的输出许可偏差。
表3展示了可能的RPG输出的另外一些例子，对于这些输出，2、3、4…等次重复测量都能得到1/220的获胜概率。这些都以黑体字用高亮度显示。
最佳的RPG输出和最佳的重复测量次数依赖于许多因素。如果在最大范围需要可能的制造许可偏差，一个具有以每测量间隔8.475个脉冲为平均值的RPG是最佳的情况。
例4
上面给出的例子可以扩展，因而当连续几个数字等于3个或更多被编制在Pachinko机中的数字时，一个获胜事件被触发。如果能达到较大的制造许可偏差，这么做会有一些好处，但对编程和控制的要求变得大大的复杂了，然而可以减轻把多于2个固定数编制在Pachinko机中编程的工作量。
通常对于能够被编制在Pachinko机从而达到某个足够接近于要求值的概率的数，只有很少的选择。例如，能以几种不同的方式达到的，接近于1/200的获胜概率如下： 编制数连续计数的个数最大获胜概率平均RPG输出 8，或10，或11 3 1/201 9.49 8，或9 3 1/209 8.48 10，或11，或12 3 1/212 10.9 7，或9 3 1/214 7.85 6，或9 3 1/220 6.35
在一些情况下，有一些受限的编程选择以达到某个特定的所要求的获胜概率。例如，只有一种方法能达到接近于1/800的获胜概率。这是通过如下方式完成的，即当以每次测量大约～6.75个脉冲的平均RPG输出，同时或连续4次测量到6或7或8时，来安排触发一个获胜事件。
但是，连续计数的方法事实上可以通过在1到13之间安排1、2、或3个数字的组合以及选择适当的测量时间间隔，能够在+/-5％的百分率内达到任何1/5-1/1000间的概率。
而且获胜概率可以在工厂中用任何RPG轻易地改变。所要做的只是改变被编制的数字和连续计数的数目，达到所要求的最大概率。测量时间也要调整一下以保证每次测量的平均输出正确。
表3
利用泊松分布函数计算的概率平均值 固定数目(m) (m1)(m2)(MPm1)2+(MPm2)2连续地2×(m1或m2)的概率(MPm1)3+(MPm2)3连续地3×(m1或m2)的概率(MPm1)4+(MPm2)4连续地4×(m1或m2)的概率 3.082 2 3 3.145 2 3 3.202 2 3 7.700 8 9 7.894 8 9 8.475 8 9 9.037 8 9 9.252 8 9 43.90 52 44 44.70 52 44 1/210 1/220 1/230 1/230 1/220 1/210 1/220 1/230 1/230 1/220 48.10 52 44 1/210 49.86 52 44 1/220 50.84 52 44 1/230例5
对于每个测量间隔内平均输出为0.0698个脉冲的情况，将通过举例来描述。
连续n次测量到零的概率由下式给出：
(MP0)n=(M0.e-M/0!)n=(e-M)n
因此连续n次测量到非零的概率为：
(1-MP0)n=(1-e-M)n
对于平均输出为0.0698的RPG，连续2次测量到某些数的概率是：
(1-0.0588P0)2=(1-e-0.0698)2=1/220
一个平均输出为0.0715-0.0682(0.0698+/-2.37％)的RPG具有一个在连续2次测量到某些数时，介于1/210和1/230之间的概率。
因此这个RPG可以以大约2×～0.5秒的测试时间被测量，所以总的测量时间大约为～1秒。这样的一个RPG的平均计数率大约是每秒～2×0.0698=～0.1396个脉冲。假设检测效率为大约～40％，这样一个RPG的放射量为9.4pCi(皮居里)。(每秒0.037次衰变=1pCi)
具有一个平均输出为大约每秒～0.1396个脉冲的～9.4pCi+/-2.36％的RPG安装在Pachinko机上。这样安排是为了当游戏机内部滚珠轴承进入一个特殊的“喇叭口”时，执行2×0.5秒时间的测量。当这个测量完成后，2个测量到的输出都被送入Pachinko机的控制芯片中存储在寄存器中，该Pachinko机是被安排为当所有输出都非零时，就触发一个获胜事件。
RPG的制造使得在平均输出上的许可偏差在某种公认的限制内。例如，如果要求获胜概率在1/220的+/-5％的范围内，RPG的制造则必须具有+/-2.36％的输出许可偏差。
为了避免任何潜在的由RPG的低放射量引起的问题，应考虑选择一个短得多的时间间隔。例如，通过把测量间隔时间从0.5秒缩短到0.5毫秒，或使用低效检测器，或较差的检测几何条件，把放射量从0.94PCi增加到0.94nCi。
表4展示了可能的RPG输出的另外一些例子，对于这些输出，2、3、4、5、6…等次重复测量都能得到1/220的获胜概率。这些都以黑体字用高亮度显示。
表4
利用泊松分布函数计算的概率平均RPG输出(M)(1-MP0)22次非零(1-MP0)33次非零(1-MP0)44次非零(1-MP0)55次非零(1-MP0)66次非零 0.528 1/210 0.523 1/220 0.517 1/230 0.420 1/210 0.416 1/220 0.411 1/230 0.305 1/210 0.301 1/220 0.297 1/230 0.184 1/210 0.189 1/220 0.178 1/230 0.0715 1/210 0.0698 1/220 0.0682 1/230
下面这些实验是为了检验上述各种方法的有效性而做的。
一个低放射水平的铯-137源在一个短时间间隔内，在一个严格屏蔽的低外来干扰噪声的计数器中被计数。计数的总数目被记录下来。这样重复597,724次。597,724次测量的平均数为8.6381。
分析所记录的数以计数一些数的特定序列发生的次数。在这个实验中，连续发生的‘3*8个脉冲或9个脉冲’以及连续发生的‘任意3个脉冲’作为代表性的序列被选出来计数其次数用以分析。实验中发生的次数与理论上的做比较。对于数据集，则可得到一个理论/实验比。这给出了一个理论与实验接近程度的测度。在表5中，列出了所记录数据的一个代表页，用以说明数字序列的随机发生。在“2*8个脉冲或9个”以及“任意3个脉冲”的下面用下划线加以强调。
连续“3*8个脉冲或9个脉冲”的结果
“3*8个脉冲或9个脉冲”的发生次数为2866
实验概率为2866/579724=1/208.56
按照理论概率为1/209.82
在2个标准差下实验数据中的不确定性为+/-3.7％(98％的置信度)。
理论/实验=0.994+/-0.037
连续“任意3个脉冲”的结果
“任意3个脉冲”的发生次数为6478
实验概率为6478/597724=1/92.27
按照理论概率为1/92.78
在2个标准差下实验数据中的不确定性为+/-2.5％(98％的置信度)。
理论/实验=0.995+/-0.025
理论上的概率是用泊松分布函数计算出来的。
连续3次测量到8个或9个脉冲的输出的概率由下式给出：
*(8.6381P8)3+(8.6381P3)3=(8.63818.e-8.6381/81)3+(8.63819.e-8.6381/9!)3=1/209.82
连续3次测量到所有非特定(m)的概率值的概率是对于所有(m)的可能值的各个概率之和。这由下式给出：=Σm=0m=m(8.8381Pm)3=Σm=0m=m[8.8381m.e-8.8381/m!]2=1/92.78]]>
尽管以上参考了在Pachinko游戏机中随机事件触发器的使用，但也可理解随机事件触发器也可用于任何需要以预定概率随机触发事件的场合，例如在信息加密和统计质量控制中。
同时，可以参考放射元源的使用来描述随机事件触发器和触发随机事件的方法，但是，从对理论的理解可以清楚地看到，另一方面，也可利用外来的干扰噪声辐射，在这种情况下，用于触发随机事件的装置包括一个外来的干扰噪声辐射的检测器，一个用于在预定时间间隔内确定事件数目的记数装置，以及一个用于确定检测到的事件数目是否触发一个随机事件的处理装置。待比较的事件数目可以依次计数，或者当有较多的检测器和放射源时同时计数事件数目，这两种做法都是值得称道的。
表5
通道数 测量到的计数数目
2332 13 10 4 10 7 9 7 6
2596 9 6 7 10 9 9 7 11
2904 9 13 3 8 5 13 13 6
2912 11 9 10 24 10 15 16 6
2920 9 8 9 5 9 8 9 3
2923 6 9 11 12 7 9 10 6
2936 6 6 9 10 11 11 8 11
2955 6 9 12 8 5 9 5 9
2952 8 9 16 5 8 7 5 9
2960 7 9 7 15 7 9 6 12
2968 8 8 7 6 13 9 9 11
2976 11 7 6 8 6 8 10 9
2984 12 11 7 12 11 5 6 9
2992 6 12 6 7 6 7 13 12
3000 12 10 10 11 8 11 9 10
3008 10 9 13 12 8 10 16 8
3016 9 9 9 13 10 7 8 11
3024 10 7 13 3 11 7 9 10
3032 8 8 15 9 5 9 9 10
3040 8 9 6 7 6 10 10 8
3048 9 8 9 6 10 10 4 11
3056 5 9 9 9 7 11 8 7
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